王海東，魏浩亮，郭敬麗，劉佳，李桂森，曹運強

(河北省木蘭圍場國有林場管理局，河北 圍場 068450)

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五道溝林場沙荒地造林及林下物種多樣性研究

王海東，魏浩亮，郭敬麗，劉佳，李桂森，曹運強

(河北省木蘭圍場國有林場管理局，河北 圍場 068450)

為了揭示木蘭圍場五道溝林場沙荒地造林技術(shù)效果，以油松、樟子松和黃柳恢復(fù)植被為研究對象，對3種栽植苗木成活率、樹高、地徑、冠幅以及恢復(fù)植被林下物種多樣性進行研究，結(jié)果表明：3種苗木成活率均在98%以上，且長勢良好；植被恢復(fù)林內(nèi)灌木以黃柳和苦參為主，草本植物主要為1 a生和多年生草本植物；2016年灌木和草本植物優(yōu)勢度指數(shù)分別是2015年的0.54和0.77倍；2016年草本Shannon-Wiener多樣性指數(shù)是2015年的0.69倍；2016年灌木和草本植物的辛普森多樣性指數(shù)、均勻度和豐富度指數(shù)均大于2015年。

沙荒地；物種多樣性；黃柳；油松；樟子松；造林技術(shù)

荒漠化是當(dāng)前全球最嚴重的環(huán)境問題之一[1]。近十幾年來，出現(xiàn)了影響范圍較廣的沙塵暴天氣，給人民生產(chǎn)和生活造成了嚴重的影響[2]。沙荒地的土壤粒間孔隙大，內(nèi)部排水快，蓄水量少且易蒸發(fā)失水。在沙化嚴重的地區(qū)，主要采取植樹造林，以達到沙化土地植被恢復(fù)的目的。植物治沙是用植物治理流動、半流動沙地，從而恢復(fù)沙地植被，以取得最佳治理效果的措施；植物治沙具有改善沙地理化性質(zhì)，加速土壤形成過程及全面改善沙地生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢[3]。在沙荒地植被恢復(fù)方面的研究主要集中在沙化土地土壤理化性質(zhì)的改良、土壤種子庫、苗木生長、物種多樣性以及植被恢復(fù)效益等方面的研究[4-6]。

五道溝林場是河北省木蘭圍場國有林場管理局的一個下屬林場。在五道溝林場，沙荒地有一定面積的分布，在一定程度上影響了該地區(qū)的植被景觀效果。沙荒地植被恢復(fù)對提高該地區(qū)植被覆蓋率和植被景觀質(zhì)量具有重要的意義。但有關(guān)該地區(qū)沙荒地造林技術(shù)及植被恢復(fù)效果的研究鮮見報道。為此，以五道溝林場沙荒地3種造林苗木油松(PinustabulaeformisCarr.)、樟子松(PinussylevestrisL.var.mongolicaLitv.)和黃柳(SalixgordejeviiY. L.Chang et Skv.)的恢復(fù)植被為研究對象，對3種造林苗木成活率、樹高、地徑、冠幅以及恢復(fù)植被林下物種多樣性變化規(guī)律進行研究，旨在分析該地區(qū)沙荒地植被恢復(fù)造林技術(shù)效果，為該地區(qū)植被恢復(fù)和樹種選擇提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

河北省木蘭圍場國有林場管理局五道溝林場地處蒙古高原和燕山余脈匯合點，由北向南跨2個地貌單元，位于渾善達克沙地南緣的灤河上游地區(qū)，是陰山、大興安嶺、燕山余脈的匯接地帶，地理坐標(biāo)為北緯41°52′～42°01′、東經(jīng)116°49′～116°59′，屬于寒溫帶向中溫帶過渡、半干旱向濕潤過渡大陸性季風(fēng)型山地氣候。冬季酷寒干燥，夏季涼爽無暑熱，春秋兩季多風(fēng)沙；具有水熱同季，冬長夏短，春季偏旱，四季分明，晝夜溫差大的特征；年降水量在380～560 mm之間，主要集中在7—9月份。土壤包括棕壤、褐土、風(fēng)沙土、草甸土等。植被類型主要有油松林、華北落葉松(Larixprincipis-rupprechtiiMayr)林、白樺(BetulaplatyphyllaSuk.)山楊(PopulusdavidianaDode)次生林、針闊混交林和灌木林等。

2015年4—5月，在該地區(qū)沙荒地采用油松、樟子松和黃柳苗木進行沙荒地造林及近自然植被恢復(fù)。油松和樟子松采用容器苗進行造林，栽植密度分別為750株/hm2、450株/hm2。栽植時避免散坨窩根，并且深埋，以提高樟子松和油松苗木的成活率。在裸沙嚴重地段，采用黃柳網(wǎng)格狀設(shè)置沙障，以改善微環(huán)境，減少風(fēng)沙流動，從而提高引入喬木油松和樟子松的成活率。黃柳采用分殖造林法，選取具有生命力的1～2 a生黃柳枝條，截成0.6 m長，生長點朝上扦插于沙土地里。黃柳插穗不能高出沙面0.1 m，同時成行成帶做“水盆”狀，以蓄水保墑，保證成活率；栽植密度22 500株/hm2。

2 研究方法

2.1 標(biāo)準地設(shè)置

選擇具有代表性的地塊進行標(biāo)準地設(shè)置。在植被恢復(fù)林下分別設(shè)置3個10 m×10 m樣地，測定樣地內(nèi)更新苗木的高度、地徑及冠幅。在恢復(fù)植被林下分別設(shè)3個3 m×3 m的灌木樣方和1 m×1 m草本樣方，測定樣方內(nèi)各物種的數(shù)量、高度、地徑和蓋度等。

2.2 物種重要值計算

以標(biāo)準樣地內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計算該植被恢復(fù)林下灌木和草本植物各物種的重要值。計算方法：重要值等于相對密度、相對蓋度、相對高度三者之和除以3[7]。

2.3 物種多樣性指數(shù)計算

通過測定樣方內(nèi)灌木和草本植物的種類、數(shù)量、蓋度和高度等相關(guān)指標(biāo)，計算樣方內(nèi)草本植物的多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)等指標(biāo)，進而分析不同年份恢復(fù)植被林內(nèi)灌草層植物物種多樣性差異。本研究選擇幾個常見的指數(shù)進行物種多樣性分析[8-9]，計算公式為：

Simpson優(yōu)勢度指數(shù)(C)：

Shannon-Wiener香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)(H′)：

Simpson辛普森多樣性指數(shù)(D)：

Pielou均勻度指數(shù)(E)：

Margalef豐富度指數(shù)(DMG)：

DMG=(S-1)/lnN；

式中，S為樣方中物種數(shù)量；N為樣方中所有物種的個體數(shù)之和；i為樣方中第i個物種；Pi為樣方中第i個物種的個體數(shù)占所有物種個體數(shù)的比值，即相對密度。

3 結(jié)果與分析

3.1 造林苗木生長規(guī)律分析

油松、樟子松和黃柳生長狀況統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 栽植幼苗生長狀況Table 1 Growth status of planting seedlings

由表1可以看出，油松、樟子松和黃柳成活率達到了98%，表明3個樹種均能適應(yīng)沙荒地環(huán)境條件。與2015年相比，2016年油松、樟子松平均樹高增長率分別為27.1%、32.6%、平均地徑增長率分別為8.2%、25.8%。油松在東、南、西、北4個方向的平均冠幅增長了9.2%、7.5%、1.5%和13.5%；樟子松在東、南2個方向的平均冠幅增長了6.5%、22.2%，但在西和北2個方向沒有變化。說明栽植初期油松、樟子松在沙荒地長勢良好；但2個樹種在樹高生長、地徑生長及冠幅變化方面存在差異，原因可能是油松和樟子松有著不同的生態(tài)學(xué)特性，對五道溝沙荒地環(huán)境的適應(yīng)度不同。

3.2 恢復(fù)植被植物物種組成

恢復(fù)植被林內(nèi)植物物種組成及重要值如表2。

表2 恢復(fù)植被林內(nèi)主要物種組成Table 2 The main species composition of vegetation restoration

續(xù)表2

由表2可以看出，2015年恢復(fù)植被林內(nèi)灌木植物隸屬2科3屬4種，主要是豆科和楊柳科植物。2016年林內(nèi)灌木植物種類與2015年相同，其中造林苗木黃柳在2015年和2016年恢復(fù)植被林內(nèi)占較大優(yōu)勢，重要值分別為64.01%和63.36%，表明灌木植物黃柳是優(yōu)良的沙荒地植被恢復(fù)樹種。與2015年相比，2016年苦參、興安胡枝子重要值呈現(xiàn)降低的趨勢，分別下降了10.80%和13.34%，而胡枝子重要值增加了90.83%，表明引入灌木和喬木植物恢復(fù)植被后，原有灌木樹種在林內(nèi)的作用在發(fā)生變化。2015年和2016年半灌木植物均為苦參、胡枝子、興安胡枝子。這3種植物是沙地的先鋒植物，對沙荒地具有較強適應(yīng)性，在植被恢復(fù)的過程中應(yīng)保留下來，對提高植被恢復(fù)效果具有重要的意義。

恢復(fù)植被林內(nèi)草本植物有1 a生和多年生草本植物11種，并以多年生草本植物為主。2015年林內(nèi)草本植物有7科10屬10種，分別是菊科、豆科、蓼科、莎草科、禾本科、百合科和藜科植物；而2016年林內(nèi)植物為7科11屬11種，增加的草本植物為1 a生尖頭葉藜。2015年和2016年沙蒿的重要值最大，分別為36.62%和43.41%，并且沙蒿和花苜蓿重要值之和大于50%，表明菊科和豆科植物在沙荒地恢復(fù)植被中占絕對優(yōu)勢，對沙荒地具有較強的適應(yīng)性。蓼科小酸模、藜科興安蟲實與莎草科披針葉苔草重要值也在前5位，并且重要值之和大于15%。2015年和2016年禾本科植物種類最多，均為3種，重要值之和分別為11.48%和10.78%。與2015年相比，2016年恢復(fù)植被林下草本植物不僅種類增加，而且重要值也發(fā)生了變化，表明通過植被的恢復(fù)，促進了林下植物的生長和發(fā)育。

3.3 恢復(fù)植被植物物種多樣性

物種多樣性作為群落的基本特征，對體現(xiàn)群落的組織結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性以及物種組成等具有重要的意義[10]。 一般情況下，群落中的植物物種多樣性高，表明林分結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定。2015年與2016年灌木、草本植物物種多樣性指數(shù)見圖1、圖2。

圖1 2015與2016灌木物種多樣性指數(shù)Fig.1 The shrub species diversity index in 2015 and 2016

如圖1所示，2016年灌木優(yōu)勢度指數(shù)低于2015年，香農(nóng)-威納指數(shù)、辛普森指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)高于2015年。從灌木物種優(yōu)勢度指數(shù)來看，2016年灌木優(yōu)勢度指數(shù)是2015年的0.54倍；2016年灌木植物香農(nóng)-威納指數(shù)與辛普森指數(shù)分別是2015年的5.91倍和5.52倍，表明灌木植物香農(nóng)-威納指數(shù)與辛普森多樣性指數(shù)在1 a內(nèi)呈現(xiàn)上升的趨勢。2016年灌木物種均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)分別是2015年的4.95倍和5.62倍?？梢钥闯觯锓N豐富度指數(shù)與物種均勻度表現(xiàn)出增加的變化趨勢，灌木物種趨向于均勻分布。以上灌木植物物種多樣性指數(shù)變化規(guī)律表明，植被的恢復(fù)對灌木植物的生長和分布產(chǎn)生了影響。

圖2 2015與2016草本物種多樣性指數(shù)Fig.2 The herbaceous species diversity index in 2015 and 2016

如圖2所示，草本植物2016年優(yōu)勢度指數(shù)、香農(nóng)-威納指數(shù)低于2015年，辛普森多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)均高于2015年。2016年草本植物優(yōu)勢度指數(shù)和香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)分別是2015年的0.77倍和0.69倍；辛普森多樣性指數(shù)與香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)呈現(xiàn)相反的趨勢，2016年是2015年的1.14倍；2016年草本植物均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)分別是2015年的2.64和1.48倍。由以上草本植物物種多樣性指數(shù)變化規(guī)律表明，隨著植被的恢復(fù)，由于人工栽植黃柳、樟子松、油松在樣地內(nèi)呈均勻分布，增加了地表植物覆蓋度，固定了土壤，阻止了流沙的發(fā)生，改變了微環(huán)境，也使草本植物種類、數(shù)量在增加的同時趨于均勻分布。

4 結(jié)論

研究表明，該地區(qū)沙荒地栽植的油松、樟子松和黃柳苗木成活率可達到98%，且短期內(nèi)長勢良好。其中，2016年油松、樟子松平均樹高增長率分別為27.1%、32.6%，平均地徑增長率分別為8.2%、25.8%，平均冠幅變化不明顯?；謴?fù)植被林下植物主要為多年生草本植物，并且菊科和豆科植物占較大優(yōu)勢。灌木主要以栽植的黃柳苗木為主，其他灌木為豆科植物苦參、胡枝子和興安胡枝子。2016年灌木和草本植物的辛普森多樣性指數(shù)、均勻度和豐富度指數(shù)均大于2015年。由于油松、樟子松的介入，2016年灌木和草本植物的優(yōu)勢度指數(shù)小于2015年。這說明隨著人工植被的栽植，草本植物種類呈現(xiàn)增加的趨勢，并且草本植物趨于均勻分布。

今后，在該地區(qū)沙荒地植被恢復(fù)中可優(yōu)先選用油松和樟子松作為造林喬木樹種，選用黃柳作為灌木沙障植物，同時引入以菊科和豆科植物為主的多年生鄉(xiāng)土草本植物，對促進地表植被的恢復(fù)具有重要意義。由于沙荒地植被恢復(fù)的過程比較漫長，其恢復(fù)效果需要長時間的監(jiān)測，才能進一步揭示其變化規(guī)律。

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(編輯 潘秀華)

《河北林果研究》更名為《林業(yè)與生態(tài)科學(xué)》啟事

經(jīng)國家新聞出版廣電總局批準(新廣出審[2017]2613號)，《河北林果研究》將于2018年第1期正式更名為《林業(yè)與生態(tài)科學(xué)》，新編國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號為CN13-1425/S，原國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號CN13-1215/S作廢。

更名后的《林業(yè)與生態(tài)科學(xué)》辦刊宗旨為“貫徹‘雙百’方針，及時報道林業(yè)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新性科研成果和科研進展，反映林業(yè)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)水平和發(fā)展方向，促進學(xué)術(shù)交流、學(xué)科建設(shè)和人才培養(yǎng)，為推動科學(xué)技術(shù)進步、高等教育發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)服務(wù)”。主要刊登林學(xué)、生態(tài)學(xué)、園藝、園林與旅游、環(huán)境科學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)論文、研究報告、簡報、專論與綜述等。讀者對象為從事林學(xué)、生態(tài)、資源與環(huán)境科學(xué)、農(nóng)學(xué)、園藝、園林、旅游、城建、生物、經(jīng)貿(mào)、商學(xué)等相關(guān)專業(yè)的師生、科研和管理人員。

根據(jù)貫例，更名后的期刊將繼承原有期刊的數(shù)據(jù)及評價結(jié)果。該刊曾多次獲得全國高校優(yōu)秀學(xué)報、中國高校特色科技期刊獎、中國高校編輯出版質(zhì)量優(yōu)秀科技期刊、河北省高校優(yōu)秀學(xué)報、河北省優(yōu)秀期刊等獎勵，并被《中國科技核心期刊》《中國科技論文與引文數(shù)據(jù)庫》《萬方數(shù)據(jù)庫》《中國期刊全文數(shù)據(jù)庫》《中國學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫》《中文科技期刊文摘數(shù)據(jù)庫》等多家權(quán)威檢索系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫收錄。

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《河北林果研究》編輯部

Research on sandy wasteland afforestation and understory species diversity in Wudaogou forest farm

WANG Haidong，WEI Haoliang，GUO Jingli，LIU Jia,LI Guisen，CAO Yunqiang

(MulanweichangNationalForestryAdministrationofHebeiProvince,Weichang068450,China)

In order to reveal the land afforestation effect in Wudaogou forestry station of Mulanweichang, three kinds of planting seedlings ofPinustabulaeformis,Pinussylvestrisvar.mongolicaandSalixgordejeviiwere used as the research objects in this paper and the survival rate, height, ground diameter, crown growth and understory species diversity were discussed. The research results are as follows: The survival rates of 3 kinds of seedlings were all above 98%, with good growth conditions. The dominance index of shrubs and herbs in 2016 were 0.54 and 0.77 times of that in the year of 2015; the Shannon-Wiener diversity index of herbs in 2016 was 0.69 times of that in the year of 2015; the Simpson index, evenness and richness index of shrubs and herbs in 2016 were all higher than that of 2015.

sandy wasteland; species diversity;Salixgordejevii;Pinustabulaeformis;Pinussylvestrisvar.mongolica; afforestation technology

2016-12-01；

2017-03-30

中央財政林業(yè)科技推廣項目“沙荒地治理及近自然植被恢復(fù)技術(shù)推廣”(冀TG(2014)003號)。

王海東(1974-)，男，河北圍場人，本科，林業(yè)工程師，從事森林培育工作。

曹運強(1967-)，男，河北圍場人，本科，正高級林業(yè)工程師，從事森林培育及管理工作。

1007 - 4961(2017)02 - 0139 - 06

10.13320/j.cnki.hjfor.2017.0026

S 725

A